Egy Maxwell Labs névre keresztelt startup eléggé szokatlan és érdekes technológia kifejlesztésén dolgozik, amelynek eredményeként, hatékonyabban lehet majd hűteni az egyes chipek forró területeit, ehhez pedig lézereket vetnek be. A kissé furának tűnő technológia alkalmazása eléggé költséges és bonyolult, de további fejlesztések és esetleges iparági együttműködések révén költséghatékonyabbá tehetik, ahogy egyre szélesebb és szélesebb körben válik elérhetővé – persze csak akkor, ha élesben is bizonyítani fogja életképességét.

A különböző processzorok és grafikus processzorok egyre bonyolultabb felépítéssel rendelkeznek, egyre nagyobb teljesítményt kínálnak, közben pedig egyre inkább emelkedik a TDP keretük, azaz egyre nehezebb megvalósítani mind a tápellátásukat, mind pedig a hűtésüket. Utóbbi területen természetesen már több szálon is zajlanak a fejlesztések, a klasszikus léghűtéses rendszerek helyét egyre inkább átvehetik a folyadékhűtéses megoldások, illetve az immerziós hűtés fejlesztése is zajlik. A felsoroltak mellé egy eléggé egzotikus megoldás érkezhet, ami lézerek bevetésével gondoskodhat arról, hogy a chipek forró pontjait hatékonyan lehessen hűteni.

Noha a lézerekről nem pont a hűtéssel kapcsolatos alkalmazási módok jutnak eszünkbe, bizonyos feltételek teljesülése esetén akár hűtésre is lehet használni a lézersugarakat, még ha csak kiegészítő jelleggel is. A The Register beszámolója szerint a Sandia National Laboratories és a Maxwell Labs névre keresztelt startup szakemberei aktívan együttműködnek a speciális hűtési technológia fejlesztésében, ami egyelőre még csak koncepció formájában létezik.

A lézer alapú hűtés használatához speciális „hűtőlemezek” használatára van szükség, amelyeknek gallium-arzenidből kell készülniük (GaAs). Az innovatív technológia keretén belül a speciális gallium-arzenid hűtőlapok a kellően fókuszált, megfelelő hullámhosszú lézersugár hatására hűlni kezdenek. Míg normál használat esetén a fókuszált lézersugár melegíti az adott felületet, addig ebben az esetben a GaAs alkalmazása miatt megoldható a hűtés, vagyis a forró pontok által termelt hőt el lehet vezetni, az adott forró pontra koncentrálva, ami a GaAs magas elektronmobilitásának köszönhető. Azt persze fontos hozzátenni, hogy a módszer igazából a jelenlegi hűtési technológiák kiegészítéseként működhet, nem önálló hűtésként, az ugyanis meglehetősen komplex és költséges dizájnt igényelne.

A lézer alapú hűtéssel egy ideje már kísérleteznek, a Koppenhágai Egyetem kutatói például 2012-ben publikálták észrevételeiket a témában, amikor a fentiekhez hasonló módszer alkalmazása mellett egészen -269 Celsius fokig hűtötték az apró membránt a lézersugarak segítségével. Maga az eljárás a gallium-arzenid speciális, vékony hűtőlemezekként való alkalmazását követeli meg, amelynek keretén belül az adott processzor vagy grafikus processzor leginkább melegedő forró pontjaira helyezik ezeket a lapkákat. A lapkákon belüli mikroszkopikus minták megfelelően irányítani tudják a lézersugarakat, hogy azok a forró pont fölött összpontosuljanak, így kifejezetten azokat a régiókat lehet hűteni, ahol a legtöbb hő keletkezik, nem kell az egész chip hűtésében gondolkodni, ami egyébként brutálisan drága lenne.

Bónusz, hogy a lézer alapú hűtés egy extra opciót is nyújt: lehetővé teszi a hűtés során hő formájában eltávolított energia újrahasznosítását. Ahelyett, hogy a hőt leadnák a környezetnek, a hőenergiát ki lehet nyerni és használható fotonok formájában ki lehet bocsátani, majd ezeket elektromos energiává lehet alakítani. Ez az opció egészen biztosan javítja a rendszer energiahatékonyságát, ám arról sajnos nem esett szó, hogy a folyamat pontosan mekkora hatásfok mellett zajlik.

A technológia összességében ütőképesnek és hatékonynak hangzik, viszont költség oldalon még vannak leküzdésre váró kihívások. Az ultratiszta gallium-arzenid ostyák létrehozása egy nagyon komplex, kifejezetten energia-intenzív tevékenység, hiszen a sikerhez MBE (Molecular Beam Epitaxy) vagy MOVCD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) technológiát kell használni. Az ultratiszta kristályrétegekkel való munka során a hibaráta magas lehet, ami természetesen a költségek emelkedésével járhat. Jelenleg egy 200 milliméteres átmérőjű gallium-arzenid ostya ára 5000 dollár környékén helyezkedik el, miközben egy hasonló nagyságú szilícium-ostyát már 5 dollárért is meg lehet kapni a WaferWorld adatai szerint.

Azt is figyelembe kell venni, hogy a GaAS tranzisztorokat nem lehet egyszerűen integrálni a hagyományos szilícium-alapú chipekbe, amelyek egyetlen szilícium-ostyán helyezkednek el. A GaAs tranzisztorok bevetésére heterogén háromdimenziós integráció vagy ostya-egyesítés (Wafer Bonding) keretén belül egyaránt van mód, igaz, ezek eléggé költséges technológiák, de mégsem kerülnek annyiba, mint egy GaAs ostya.

A Maxwell Labs vezetője, Jacob Balma úgy véli, az eddigi szimulációk alapján a technológia ígéretes, de a gyakorlatban még nem próbálták ki fizikai körülmények között, már ami a komplett rendszert illeti – csak különálló komponensekkel végeztek kísérleteket. A tervek szerint a komplett rendszer is rövidesen összeállhat, valamikor a 2025-ös esztendő őszére készülhetnek el vele, ennek ellenére már most is vannak jelentkezők az első korai verzió használatára, ami az MXL-Gen1 nevet viseli. A tervek szerint az első rendszereket a következő két év folyamán szállíthatják le, az újfajta hűtési mód viszont majd csak 2027-től kezdve válhat elérhetővé szélesebb körben, már amennyiben minden a tervek szerint halad és a fejlesztés folyamán nem ütköznek nem várt problémákba.